Desarrollan nueva herramienta para buscar vida extraterrestre en el espacio profundo
¿Estamos solos en el universo? Una respuesta a esa antigua pregunta parece tentadoramente al alcance desde el descubrimiento de lunas incrustadas de hielo en nuestro sistema solar con océanos subterráneos potencialmente habitables. Pero buscar evidencia de vida en un mar gélido a cientos de millones de millas de distancia plantea enormes desafíos. El equipo científico utilizado debe ser exquisitamente complejo pero capaz de soportar una radiación intensa y temperaturas criogénicas. Además, los instrumentos deben ser capaces de tomar medidas diversas, independientes y complementarias que juntas puedan producir una prueba de vida científicamente defendible.
Para abordar algunas de las dificultades que podrían encontrar futuras misiones de detección de vida, un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California ha desarrollado OWLS, un poderoso conjunto de instrumentos científicos como ningún otro. Abreviatura de Oceans Worlds Life Surveyor, OWLS está diseñado para ingerir y analizar muestras líquidas. Cuenta con ocho instrumentos, todos automatizados, que, en un laboratorio en la Tierra, requerirían el trabajo de varias docenas de personas.
Una visión para OWLS es usarlo para analizar el agua congelada de una columna de vapor que brota de la luna Encelado de Saturno. «¿Cómo tomas una pizca de hielo a mil millones de millas de la Tierra y determinas, en la única oportunidad que tienes, mientras todos en la Tierra esperan con gran expectación, si hay evidencia de vida?» dijo Peter Willis, co-investigador principal y líder científico del proyecto. «Queríamos crear el sistema de instrumentos más poderoso que pudieras diseñar para esa situación para buscar signos de vida tanto químicos como biológicos».
En junio, después de media década de trabajo, el equipo del proyecto probó su equipo, actualmente del tamaño de unos cuantos archivadores, en las aguas saladas del Lago Mono en la Sierra Oriental de California. OWLS encontró evidencia química y celular de vida, utilizando su software incorporado para identificar esa evidencia sin intervención humana.
«Hemos demostrado la primera generación de la suite OWLS», dijo Willis. «El siguiente paso es personalizarlo y miniaturizarlo para escenarios de misión específicos».
Retos, soluciones
Una dificultad clave que enfrentó el equipo de OWLS fue cómo procesar muestras líquidas en el espacio. En la Tierra, los científicos pueden confiar en la gravedad, una temperatura de laboratorio razonable y la presión del aire para mantener las muestras en su lugar, pero esas condiciones no existen en una nave espacial que se precipita a través del sistema solar o en la superficie de una luna congelada. Entonces, el equipo diseñó dos instrumentos que pueden extraer una muestra líquida y procesarla en las condiciones del espacio.
Dado que no está claro qué forma podría tomar la vida en un mundo oceánico, OWLS también necesitaba incluir la gama más amplia posible de instrumentos, capaces de medir un rango de tamaño desde moléculas individuales hasta microorganismos. Con ese fin, el proyecto unió dos subsistemas: uno que emplea una variedad de técnicas de análisis químico utilizando múltiples instrumentos y otro con varios microscopios para examinar pistas visuales.
El sistema de microscopio de OWLS sería el primero en el espacio capaz de obtener imágenes de células. Desarrollado en conjunto con científicos de la Universidad Estatal de Portland en Oregón, combina un microscopio holográfico digital, que puede identificar las células y el movimiento en todo el volumen de una muestra, con dos generadores de imágenes fluorescentes, que utilizan colorantes para observar el contenido químico y las estructuras celulares. Juntos, brindan vistas superpuestas con una resolución de menos de una micra, o alrededor de 0,00004 pulgadas.
Apodado Sistema de imágenes volumétricas de vida existente (ELVIS), el subsistema del microscopio no tiene partes móviles, una rareza. Y utiliza algoritmos de aprendizaje automático para concentrarse en el movimiento realista y detectar objetos iluminados por moléculas fluorescentes, ya sea que se produzcan de forma natural en organismos vivos o como tintes agregados unidos a partes de las células.
«Es como buscar una aguja en un pajar sin tener que recoger y examinar cada pedazo de heno», dijo el co-investigador principal Chris Lindensmith, quien dirige el equipo del microscopio. «Básicamente estamos agarrando grandes brazadas de heno y diciendo: ‘Oh, hay agujas aquí, aquí y aquí'».
Para examinar formas de evidencia mucho más pequeñas, OWLS utiliza su Sistema de Análisis de Electroforesis Capilar Orgánica (OCEANS), que esencialmente cocina a presión muestras líquidas y las alimenta a instrumentos que buscan los componentes químicos básicos de la vida: todas las variedades de aminoácidos, así como como ácidos grasos y compuestos orgánicos. El sistema es tan sensible que incluso puede detectar formas desconocidas de carbono. Willis, quien dirigió el desarrollo de OCEANS, lo compara con un tiburón que puede oler solo una molécula de sangre en mil millones de moléculas de agua, y también decir el tipo de sangre. Sería solo el segundo sistema de instrumentos en realizar análisis químicos líquidos en el espacio, después del instrumento Analizador de microscopía, electroquímica y conductividad (MECA) en Phoenix Mars Lander de la NASA
OCEANS utiliza una técnica llamada electroforesis capilar, básicamente, pasar una corriente eléctrica a través de una muestra para separarla en sus componentes. Luego, la muestra se envía a tres tipos de detectores, incluido un espectrómetro de masas, la herramienta más poderosa para identificar compuestos orgánicos.
Enviándolo a casa
Estos subsistemas producen cantidades masivas de datos, de los cuales solo un 0,0001 % podría enviarse a la lejana Tierra debido a las tasas de transmisión de datos que son más limitadas que las de Internet de acceso telefónico de la década de 1980. Así que OWLS ha sido diseñado con lo que se llama «autonomía de instrumentos científicos a bordo». Usando algoritmos, las computadoras analizarían, resumirían, priorizarían y seleccionarían solo los datos más interesantes para enviarlos a casa, al mismo tiempo que ofrecerían un «manifiesto» de información aún a bordo.
«Estamos empezando a hacer preguntas ahora que requieren instrumentos más sofisticados», dijo Lukas Mandrake, ingeniero del sistema de autonomía de instrumentos del proyecto. «¿Algunos de estos otros planetas son habitables? ¿Hay evidencia científica defendible de vida en lugar de una pista de que podría estar allí? Eso requiere instrumentos que toman una gran cantidad de datos, y eso es lo que OWLS y su autonomía científica están preparados para lograr. «
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